Pengukuran Karakteristik Sel Surya

Fitri Rahayu dan Ridwan Ramdhani*

Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Gunung Djati

Jl. A. H Nasution No.105 Bandung 40614

* Email: frahayu81@gmail.com

Abstrak. Eksperimen ini bertujuan untuk menghitung efisiensi sel surya, menganalisa pengaruh panjang gelombang dan

perubahan intensitas cahaya matahari yang diterima terhadap efisiensi dari sel surya. Eksperimen ini dilakukan dengan memanfaatkan cahaya lampu yang dapat menghasilkan energi listrik dengan menggunakan panel surya. Sel surya

merupakan alat semikonduktor penghantar aliran listrik yang dapat secara langsung mengubah energi surya menjadi

bentuk tenaga listrik secara efisien. Dalam menganalisis efisiensi sel surya yaitu dengan membagi antara jumlah daya

yang masuk dengan jumlah daya yang keluar dari sel surya. Prinsip kerja sel surya adalah cahaya yang jatuh pada sel

surya menghasilkan elektron yang bermuatan positif dan hole yang bermuatan negative kemudian elektron dan hole mengalir membentuk arus listrik. Pada percobaan pengaruh panjang gelombang, mika biru yang memiliki panjang

gelombang 470 nm memiliki efesiensi 0.069% dan mika merah yang memiliki panjang gelombang 780 nm memiliki

efesiensi 0.019%. Pada percobaan pengaruh intensitas cahaya, ketika intensitas cahayanya bertambah maka efesiensinya

berkurang, rata-rata efesiensinya adalah 0.0145%. Dengan demikian, besarnya nilai efesiensi sel surya berbanding

terbalik dengan panjang gelombang dan intensitas cahayanya.

Kata kunci: Efesiensi, semikonduktor, arus, tegangan, intensitas cahaya

PENDAHULUAN

Sel surya merupakan salah satu piranti elektronik

yang dapat mengubah secara langsung energi radiasi

matahari menjadi energ i listrik. Sel surya merupakan

sumber energi yang tidak akan pernah habis, selama

matahari memancarkan sinarnya ke bumi.

Diperkirakan bahwa sel surya akan menjadi sumber

pembangkit listrik andalan di masa datang karena

penggunaannya yang sangat praktis terutama untuk

suplai energi di daerah-daerah terpencil yang sulit

terjangkau oleh PLN. Selain itu, sumber energ i in i

ramah lingkungan karena dalam proses konversinya

tidak menghasilkan polutan sama sekali. Karena sel

surya ini mudah pecah dan berkarat sehingga sel in i

dibuat dalam bentuk panel-panel dengan ukuran

tertentu yang dilapisi plastik atau kaca bening yang

kedap air dan panel ini dikenal dengan panel surya.

Salah satu sistem peralatan yang sangat diperlukan

dalam kegiatan riset terkait pengembangan sel surya

adalah system pengukur karakteristik sel surya dan

prosedur penentuan parameter-parameter karakteristik

sel surya berdasarkan data-data hasil pengukuran yang

didapatnya. Dalam pengukuran karaket ristik sel surya

bertujuan untuk menghitung efisiensi sel surya,

menganalisa pengaruh panjang gelombang dan

perubahan intensitas cahaya matahari yang diterima

terhadap efisiensi dari sel surya.

Prinsip kerja sel surya adalah cahaya yang jatuh

pada sel surya menghasilkan elekt ron yang bermuatan

positif dan hole yang bermuatan negative kemudian

elektron dan hole mengalir membentuk arus listrik.

Prinsip ini di kenal sebagai prinsip photoelectric.Sel

surya dapat tereksitasi karena terbuat dari

semikonduktor yang mengandung unsur silikon.

Silikon in i terdiri atas dua jenis lapisan sensitif:

lapisan negatif (t ipe-n) dan lapisan positif (tipe-p).

Seperti terlihat pada gambar berikut :

GAMBAR 1. Prinsip kerja sel surya

Total pengeluaran listrik (wattage) dari sel surya

adalah sebanding dengan Voltase/tegangan operasi

dikalikan dengan arus operasi saat ini. Sel surya dapat

menghasilkan arus dari voltase yang berbeda-beda.

METODE EKSPERIMEN

Alat dan Bahan 1. Panel surya

2. sumber cahaya (lampu)

3. potensiometer

4. amperemeter

5. voltmeter

6. mika berwarna

7. kabel penghubung.

Prosedur Percobaan Pengukuran Efesiensi Sel Surya

1. Siapkan semua bahan dan alat eksperimen

2. Susunlah rangkaian seperti pada gambar

3. Aturlah potensiometer RV sehingga tegangan

pada voltmeter bernilai nol (V=0).

4. Catatlah arus yang terbaca pada amperemeter

sebagai Isc (arus singkat).

5. Putarlah potensiometer sehingga diperoleh

pasangan nilai V – I. Ulangi langkah ini untuk

berbagai nilai V – I.

6. Aturlah potensiometer RV sehingga arus pada

amperemeter bernilai nol (I=0). Catatlah

tegangan yang terbaca pada voltmeter sebagai

Voc (tegangan terbuka).

Pengaruh Panjang Gelombang

1. Siapkan semua bahan dan alat eksperimen

2. Tutupi sel surya menggunakan mika berwarna

(merah, kuning, biru, dll).

3. Ulangi langkah selanjutnya seperti pada

pengukuran efisiensi sel surya.

Pengaruh Intensitas Cahaya

1. Siapkan semua bahan dan alat eksperimen

2. Ulangi langkah sebelumnya dengan

memvariasikan ket inggian sumber cahaya

terhadap sel surya

GAMBAR 1. Rangkaian percobaan sel surya

HASIL DAN DISKUSI

Eksperimen ini d ilakukan dengan memanfaatkan

cahaya lampu yang dapat menghasilkan energ i listrik

dengan menggunakan panel surya. Sifat elektrik dari

sel surya dalam menghasilkan energ i listrik dapat

diamati dari karakteristik listrik sel tersebut, yaitu

berdasarkan arus dan tegangan yang dihasilkan sel

surya pada kondisi cahaya yang berbeda-beda. Dalam

menganalisis efisiensi sel surya yaitu dengan membagi

antara jumlah daya yang masuk dengan jumlah daya

yang keluar dari sel surya. Secara matematis :

%100. Pin

Pout (1)

Untuk menghitung daya yang keluar sebagai berikut :

VIPout . (2)

Untuk menghitung daya yang masuk adalah :

cahayaIntensitasLuasPin . (3)

Panel surya yang digunakan dalam percobaan ini

memiliki luas 1.5x10-3 m2 dan tegangannya sebesar 3

Volt.

Percobaan menghitung efisiensi sel surya,

dilakukan dengan memutarkan potensio untuk

memvariasikan n ilai hambatan sehingga arus dan

tegangan yang keluar berbeda-beda tetapi dengan

intensitas cahaya yang sama. Intensitas cahaya yang

digunakan yaitu 7.2 W/m2.Arus dan tegangan yang

dihasilkan dapat kita lihat pada table dibawah ini :

TABEL 1. Pengukuran efesiensi sel surya

R(kΩ) I (A) V(Volt) Ƞ (%)

21.8 1.2x10-4 2.62 0.029 17.4 1.5x10-4 2.61 0.036

15.3 1.7x10-4 2.6 0.041

13.6

11.7

10.2 9.4

8.7

7.3

6.4

1.9x10-4

2.2x10-4

2.5x10-4 2.7x10-4

2.9x10-4

3.4x10-4

3.8x10-4

2.59

2.57

2.55 2.54

2.52

2.47

2.43

0.046

0.052

0.059 0.064

0.068

0.078

0.086

Semakin kecil hambatannya semakin besar nilai

arus dan semakin kecil tegangan yang keluar, hal in i

sesuai dengan teori dimana hambatan (R ) berbanding

lurus dengan tegangan(V) dan berbanding terbalik

dengan arus (A). Daya yang keluar jika hambatan R

semakin kecil maka daya yang keluar semakin kecil

pula karena berbanding lurus dan berbanding terbalik

dengan nilai efisiensinya. Besar rata-rata nilai

efesiensinya adalah 0.056%.

Percobaan pengaruh panjang gelombang dilakukan

dengan memvariasikan panjang gelombang sinar dari

sumber dengan menambahkan mika plastic berbeda

warna sehingga panjang gelombangnya berbeda.

Adapun warna mika yang kami gunakan adalah merah,

kuning, biru. Pada percobaan mika merah dengan

panjang gelombang 780 nm dan intensitas cahaya 5.6

w/m2 d idapatkan nilai efisiensi rata-ratanya adalah

0.019 %.

TABEL 2. Pengaruh panjang gelombang (merah)

R(kΩ) I (A) V(Volt) Ƞ (%)

0.72 2.5x10-4 0.18 0.005 1.41 2.4x10-4 0.34 0.009

2.13 2.3x10-4 0.49 0.013

2.60

3.27 4.19

5.47

6.66

7.94

9.50

2.3x10-4

2.2x10-4 2.1x10-4

1.9x10-4

1.8x10-4

1.7x10-4

1.6x10-4

0.6

0.72 0.88

1.04

1.2

1.35

1.52

0.016

0.018 0.021

0.023

0.025

0.027

0.028

Pada percobaan mika kuning dengan panjang

gelombang 590 nm dan intensitas cahaya 9.1 w/m2

didapatkan nilai rata-rata efisiensinya adalah 0.056 %.

TABEL 3. Pengaruh panjang gelombang (kuning)

R(kΩ) I (A) V(Volt) Ƞ (%)

0.31 9.2x10-4 0.29 0.019

1.18 8.9x10-4 1.05 0.068

2.78 6.7x10-4 1.86 0.091

4.56 6.15

7.67

9.1

10.8

12.4 13.8

5.0x10-4 4.0x10-4

3.3x10-4

2.8x10-4

2.4x10-4

2.1x10-4 1.9x10-4

2.28 2.46

2.53

2.56

2.59

2.61 2.62

0.083 0.072

0.061

0.052

0.045

0.040 0.036

Pada percobaan mika b iru dengan panjang

gelombang 470 nm dan intensitas cahaya 9.1 w/m2

didapatkan nilai rata-rata efisiensinya 0.069 %.

TABEL 4. Pengaruh panjang gelombang (Biru)

R(kΩ) I (A) V(Volt) Ƞ (%)

0.4 4.0x10-4 0.16 0.011

2.46 3.5x10-4 0.86 0.053

3.61 3.3x10-4 1.19 0.069

4.58

5.45 6.41

7.56

9.55

1.04 1.73

3.1x10-4

2.9x10-4 2.7x10-4

2.5x10-4

2.2x10-4

2.1x10-4 2.3x10-4

1.42

1.58 1.73

1.89

2.10

2.18 2.25

0.077

0.080 0.082

0.083

0.081

0.080 0.075

Dari hasil tersebut dapat di simpulkan bahwa n ilai

panjang gelombang akan mempengaruhi nilai efisiensi

sel surya, semakin kecil nilai panjang gelombangnya

maka n ilai efisiensi sel surya semakin besar. Hal in i dipengaruhi oleh warna mika dan panjang gelombang dari berbagai spektrum warna mika. Ketika panjang gelombang

spektrum warnanya kecil, maka besar efisiensinya besar, dan

sebaliknya.

Percobaan pengaruh intensitas cahaya ini

dilakukan dengan memvariasikan intensitas cahaya

dari sumber, yaitu dengan memvariasikan tinggi

sumber cahaya terhadap sel surya. Dengan demikian ,

maka akan diperoleh arus dan tegangan output yang

berbeda. Apabila jumlah energi cahaya matahari yang diperoleh sel surya (photovoltaic) berkurang atau intensitas

cahayanya melemah, maka besar tegangan dan arus listrik

yang dihasilkan juga akan menurun. Penurunan tegangan relatif lebih kecil dibandingkan penurunan arus listriknya.

Ketika arusnya semakin kecil maka tegangannya pun

semakin kecil, seperti terlihat pada table dibawah ini :

TABEL 5. Pengaruh Intensitas Cahaya

h(m) I (A) V(Volt) Int (W/m2)

Ƞ (%)

0.25 1.1x10-4 2.65 8.6 0.025

0.2 1.2x10-4 2.74 11 0.020 0.15 1.3x10-4 2.84 17.2 0.014

0.1

0.05

1.4x10-4

1.5x10-4

2.94

3.14

27.4

78

0.010

0.004

Dapat kita lihat bahwa jumlah intensitas cahaya

yang masuk mempengaruhi pengukuran efisiensi dari

sel surya, ketika intensitas cahayanya semakin kecil

maka efisiensinya semakin besar. Hal ini dikarenakan

Intensitas cahaya berbanding lurus dengan daya yang

masuk dan daya yang keluar. Besarnya intensitas

cahaya berbanding terbalik terhadap efisiensi dari sel

surya tersebut. Semakin besar intensitas cahayanya,

maka akan semakin kecil nilai efisiensinya.

KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan, maka dapat

disimpulakan bahwa untuk n ila i karakteristik sel surya,

besar efisiensi rata-ratanya adalah 0.056%. Untuk

pengaruh panjang gelombang pada mika, besar nilai

efisiensi dari ket iga mika tersebut juga berbeda. Pada

mika biru besar efisiensinya adalah 0.069%, pada mika

kuning besar efisiensinya 0.56% dan pada mika merah

besar efisiensinya 0.019%. Perbedaan besarnya nilai

efisiensi in i dipengaruhi oleh warna mika dan panjang

gelombang dari berbagai spektrum warna mika. Ketika

panjang gelombang spektrum warnanya kecil, maka

besar efisiensinya besar, dan sebaliknya. Untuk

pengaruh perubahan intensitas cahaya terhadap

efisiensi pada sel surya didapatkanr nilai efisiensi rata-

ratanya adalah sebesar 0.014%. Ketika jarak antara sel

surya dengan sumber cahaya semakin dekat, maka

intensitas cahayanya lebih besar,dan sebaliknya.

Tetapi besarnya intensitas cahaya berbanding terbalik

terhadap efisiensi dari sel surya tersebut. Semakin

besar intensitas cahayanya, maka akan semakin kecil

nilai efisiensinya.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terimakasih kepada Bapak Ridwan Ramdhani,

S.Si selaku dosen Eksperimen Fisika 2, Evi marlina

dan Nurul Hikmah Fauziah selaku asisten praktikum

Eksperimen Fisika 2, dan rekan-rekan sekelompok

yaitu Fiyka Wandira P, Fuji Astuti, Halimahtus

Sa’diah, Husni Taufik dan Iin Musyfioh yang ikut

bekerja sama dalam pelaksanaan eksperimen ini.

REFERENSI

1. Al Fattah, Faisal M. Analisa Daya Dan Heat Stress Pada

Metode Efesiensi Sel Surya Sebagai Energi Alternatif Ramah Lingkungan. Sekolah Pasca Sarjana Universitas

Sumatra Utara Medan. 2008

2. Fuchs, D., Sigmund, H., Analysis of The Current-Voltage

Characteristics of Solar Cells, Solid State Electron., 29, 791-795 I. 1986

3. http://teknologisurya.files.wordpress.com/2011/10/solar-

module-compilation diakses pada tanggal 06 november

2014

4. http://www.panelsurya.com/ diakses pada tanggal 06 november 2014

5. Martil, G. Gonzalez Diaz, Determination of the Dark

and illuminated Characteristic Parameters of a Solar

Cell from I-V Characteristic, Eur. J. Phys, 13, 193-197.

1992 6. Mialhe, P., Charette J., 1983, Experimental Analysis of I-

V Characteristics of Solar Cells, Am. J. Phys., 51, 68-70

7. Nuryadin, B. W,. Pengukuran Karakteristik Sel Surya.

Bandung: Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati.

2014 8. Ouaschning, V. Understanding Renewable Energy

Systems. Earthscan London. 2005

9. S. Nema, R. K. Nema, G. Agnihotri, Matlab/Simulink

Based Study of Photovoltaic Cells/ Modules/ Array and Their Experimental Verification. International Journal of

Energy and Environment. Volume 1, Issue 3, pp.487-

500. 2010

10. S. Wijoyo, Upaya Peningkatan Kapasitas Daya Output

Photovoltaic melalui proses pendinginan, Surabaya: Universitas Kristen Petra, 2000.